Струйный способ измерения плотности

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам измерения плотности сыпучих материалов, и может быть использовано в таких отраслях промышленности, как химическая, пищевая и др. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности измерения концентрации газовой фазы, насыпной плотности и плотности частиц сыпучего материала. Струйный способ измерения плотности заключается в том, что на слой сыпучего материала воздействуют потоком газа с расходом, меньшим предельного значения, фиксируют значения перепада давления на слое и расход газа, по которым определяют концентрацию газовой фазы в неподвижном слое, после чего увеличивают расход до предельного значения, измеряют перепад давления на слое, по которому судят о насыпной плотности, по значениям концентрации газовой фазы и насыпной плотности определяют плотность частиц сыпучего материала. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пневматическим способам измерения плотности сыпучих материалов, и может найти применение в таких отраслях промышленности, как химическая, пищевая и др.

Известен способ измерения плотности путем измерения массы и объема вещества, позволяющий измерять пикнометрическую плотность вещества (Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. - М.: Машиностроение, 1973. - 216 с.). В таком способе осуществляют взвешивание пробы вещества, после чего определяют его объем путем погружения в сосуд с жидкостью и фиксации объема вытесненной веществом жидкости. После измерения массы m_в и объема V_в вещества определяют его плотность ρ_в.

Основной недостаток такого способа состоит в том, что он не может быть применим для измерения плотности сыпучих материалов, не допускающих смачивания жидкостью.

Этот недостаток устранен в известном способе измерения плотности (Кивилис С.С. Плотномеры. - М.: Энергия, 1980. - С.156), состоящем в том, что в измерительную емкость помещают контролируемое вещество с известной массой и заполняют газом. Об объеме вещества судят по изменению абсолютного давления в измерительной емкости. По отношению массы вещества к его объему определяют плотность.

Недостатком такого способа является невысокая точность, обусловленная влиянием изменения атмосферного давления на результат измерения.

Известен способ измерения плотности (Пат. РФ №2162596. Способ измерения плотности / Д.М.Мордасов, М.М.Мордасов, Н.А.Булгаков // Открытия. Изобретения, 2001, №3), согласно которому контролируемое вещество помещают в измерительную емкость, подают в нее газ и измеряют давление, при этом заполнение измерительной емкости осуществляют с расходом, пропорциональным массе вещества, измеряют скорость изменения давления в ней, по которой судят о величине плотности.

Недостатком такого способа измерения плотности является влияние на получаемый результат утечек газа из измерительной емкости и адсорбция его контролируемым материалом, а также необходимость определения массы сыпучего материала в пробе.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения плотности (Margiatto C.A., Siegell J.H. Powder Technol. - V. 34, 1983. - P.105.), заключающийся в том, что пробу сыпучего материала помещают в вертикальную измерительную емкость, определяют уровень сыпучего материала, подают газ и приводят сыпучий материал в состояние псевдоожижения, измеряют предельное значение одного из параметров газа, вызывающего псевдоожижение, по которым судят о насыпной плотности.

Недостатком такого способа, принятого за прототип, является невозможность измерения концентрации газовой фазы и плотности частиц сыпучего материала.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности измерения концентрации газовой фазы и плотности частиц сыпучего материала.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что на слой сыпучего материала воздействуют потоком газа с расходом, меньшим предельного значения, фиксируют значения перепада давления на слое и расход газа, по которым определяют концентрацию газовой фазы в неподвижном слое, после чего увеличивают расход до критического значения, измеряют перепад давления на слое, по которому судят о насыпной плотности, по значениям концентрации газовой фазы и насыпной плотности определяют плотность частиц сыпучего материала.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего струйный способ измерения плотности с продувкой газа через слой сыпучего материала.

К штуцеру 1 измерительной емкости 2 подключен выход 3 вентиля 4, вход 5 которого через расходомер 6 присоединен к линии подачи сжатого воздуха. Перфорированная решетка 7 размещена в нижней части измерительной емкости 2. Верхняя и нижняя части измерительной емкости подключены к дифференциальному манометру 8. Для однородного ожижения слоя сыпучего материала необходимо использовать специальные устройства, позволяющие уравнять взаимные сопротивления частиц во всех точках измерительной емкости.

Сущность способа измерения плотности сыпучих материалов заключается в следующем.

Измерительную емкость 2 заполняют контролируемым сыпучим материалом до уровня h₀, значение которого измеряется и фиксируется.

На вход измерительной емкости подают газ с расходом Q меньше предельного, при котором наступает псевдоожижение, и фиксируют значения перепада давления ΔР_сл1 и расхода Q, по которым в соответствии с формулой (1) определяют концентрацию газовой фазы (порозность) ε₀ неподвижного слоя сыпучего материала

где η - вязкость газа; S - площадь сечения измерительной емкости; n - эмпирический коэффициент, учитывающий количество условных газовых каналов при физическом представлении сыпучего материала в виде ламинарного пневматического сопротивления сотового типа.

Увеличивают расход газа на входе измерительной емкости до значения, при котором начинается процесс псевдоожижения, что фиксируют по изменению уровня h см.чертеж в измерительной емкости.

Измеряют перепад давления ΔР_сл2 на псевдоожиженном слое и определяют насыпную плотность ρ_н

На основании найденных значений ε₀ и ρ_н или величин h₀, ΔР_сл1, ΔР_сл2, Q определяют плотность материала частиц сыпучего материала

Таким образом, струйный способ измерения плотности сыпучих материалов позволяет исключить операцию измерения массы пробы, а также в результате одного эксперимента определить комплекс параметров, таких как концентрация газовой фазы (порозность) ε₀, насыпная плотность ρ_н и кажущаяся плотность частиц сыпучего материала ρ_к.

Способ измерения плотности, заключающийся в том, что пробу сыпучего материала помещают в вертикальную измерительную емкость, определяют уровень сыпучего материала, подают газ и приводят сыпучий материал в состояние псевдоожижения, измеряют предельное значение одного из параметров газа, вызывающего псевдоожижение, по которым судят о насыпной плотности, отличающийся тем, что на слой сыпучего материала воздействуют потоком газа с расходом, меньшим предельного значения, фиксируют значения перепада давления на слое и расход газа, по которым определяют концентрацию газовой фазы в неподвижном слое, после чего увеличивают расход до предельного значения, измеряют перепад давления на слое, по которому судят о насыпной плотности, по значениям концентрации газовой фазы и насыпной плотности определяют плотность частиц сыпучего материала.